機電一體化課程設計---單片機控制步進電機驅動的多用xy工作臺

1、<p><b>　　綜合課程設計</b></p><p><b>　　說 明 書</b></p><p><b>　?。ǖ?組）</b></p><p>　　課程性質：專業(yè)課(必修)</p><p>　　適用專業(yè)：機械電子工程</p><p&g

2、t;　　所用時間： 兩 周 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、課程設計的題目及要求2</p><p><b>　?。ㄒ唬╊}目2</b></p><p><b>　?。ǘ┮螅?</b></p><

3、p>　　二、總體方案的確定2</p><p>　　三、機械部分的設計和計算3</p><p>　　1、工作臺的初步設計：3</p><p>　　2、滾動導軌的參數(shù)確定：5</p><p>　　3、滾珠絲桿計算、選擇。6</p><p>　　4、步進電機的選擇8</p><p>

4、　　5、齒輪計算、設計10</p><p>　　6、步進電機等效負載計算10</p><p>　　7、機械傳動結構裝配圖見附錄。11</p><p>　　8、三維圖紙如下：11</p><p>　　四、機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計11</p><p>　　1、確定硬件電路總體方案:11</p>&

5、lt;p>　　2、主控制器CPU的選擇：12</p><p>　　3、I/O口擴展電路設計:12</p><p>　　4、鍵盤、顯示接口電路:12</p><p>　　5、步進電機驅動電路12</p><p>　　6、其它輔助電路設計14</p><p>　　五、系統(tǒng)控制軟件的設計16</p&g

6、t;<p>　　1、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容16</p><p>　　2、程序設計技術17</p><p>　　3、步進電機控制子程序的設計17</p><p>　　4、匯編語言程序設計19</p><p>　　六、課程設計的心得和體會20</p><p><b>　　七、參考資料21

7、</b></p><p>　　一、課程設計的題目及要求</p><p>　　（一）題目：單片機控制步進電機驅動的多用XY工作臺。</p><p>　　已知條件：定位精度：±0.01mm，滾珠絲杠及導軌使用壽命：T=15000h，中等沖擊，各題目的有效行程、快速進給速度和工作載荷見下表：</p><p><b>

8、　?。ǘ┮螅?lt;/b></p><p>　　課程設計應在教師的指導下由學生獨立完成，嚴格地要求自己，不允許相互抄襲；</p><p>　　認真閱讀《課程設計指導書》，明確題目及具體要求；</p><p>　　認真查閱題目涉及內(nèi)容的相關文獻資料、手冊、標準；</p><p>　　大膽創(chuàng)新，確定合理、可行的總體設計方案；</p

9、><p>　　機械部分和驅動部分設計思路清晰，計算結果正確，選型合理；</p><p>　　微機控制系統(tǒng)方案可行，硬件選擇合理，軟件框圖正確；</p><p>　　手工或電腦繪制機械系統(tǒng)裝配圖一張（A1），控制系統(tǒng)電氣原理一張（A1），圖紙符合國家標準，布圖合理，內(nèi)容完整表達清晰； </p><p>　　課程設計說明書一份（不少于5000字），包

10、括：目錄，題目及要求，總體方案的確定，機械系統(tǒng)設計，控制系統(tǒng)設計，參考文獻等。設計說明書應敘述清楚、表達正確、內(nèi)容完整、技術術語符合標準。</p><p>　　該課程設計由三人共同完成。其中，完成機械部分的設計，和完成電氣部分的設計。</p><p><b>　　二、總體方案的確定</b></p><p>　　根據(jù)設計任務確定系統(tǒng)的總體機械和控

11、制系統(tǒng)方案：進行系統(tǒng)運動方式的確定，執(zhí)行機構及傳動方案的確定，伺服電機類型及調速方案確定，計算機控制系統(tǒng)的選擇。進行方案的分析、比較和論證。</p><p>　　系統(tǒng)運動方式與伺服系統(tǒng)</p><p>　　采用連續(xù)控制系統(tǒng)。考慮到運動精度要求不高，為簡化結構，降低成本，宜采用步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)驅動。</p><p><b>　　計算機系統(tǒng)</b&g

12、t;</p><p>　　采用MCS-51系列中的8051單片機擴展控制系統(tǒng)。MCS-51單片機的主要特點是集成度高，可靠性好，功能強，速度快，性價比高。控制系統(tǒng)由微機部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。</p><p>　　X—Y工作臺的傳動方式</p><p>　　為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動

13、副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。</p><p>　　由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。</p><p>　　考慮電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，以及考慮步進電機負載匹配，采用齒輪減速傳動。</p><p><b>　　系統(tǒng)總體框圖</b

14、></p><p>　　三、機械部分的設計和計算</p><p>　　1、工作臺的初步設計：</p><p>　?。?）確定系統(tǒng)脈沖當量</p><p>　　脈沖當量是個進給指令時工作位移量，應小于等于工作臺的位置精度。一般為0.01~0.005mm。</p><p>　　（2）工作臺外形尺寸及重量初步估算。&l

15、t;/p><p>　　取X向導軌支承鋼球的中心距為130mm ,Y向導軌支承鋼球的中心距為180mm，設計工作簡圖。</p><p><b>　　工作臺簡圖</b></p><p>　　工作臺的尺寸： ；</p><p>　　重量：按重量=體積材料比重估算： </p><p><b>　　

16、；</b></p><p>　　X向拖板（上拖板）尺寸：長 寬高： ；</p><p>　　重量：按重量=體積材料比重估算： </p><p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　Y向拖板尺寸： ；</b></p><p><b>　　

17、重量： ；</b></p><p><b>　　上導軌座重量：； </b></p><p>　　夾具及工件重量：約160N</p><p>　　則X—Y工作臺運動部分的總重量約： 1100N</p><p>　　2、滾動導軌的參數(shù)確定：</p><p>　　（1）導軌型式：雙V型滾珠導

18、軌</p><p>　?。?）導軌長度: </p><p>　　上導軌（X向） 取動導軌長度 ; 動導軌行程;</p><p>　　支承導軌長度; 保持器長度;</p><p>　　下導軌（Y向） 取動導軌長度 ; 動導軌行程;</p><p>　　支承導軌長度; 保持器長度;</p><

19、;p>　?。?）滾動體尺寸與參數(shù)的確定:</p><p>　　滾珠直徑取d=6mm 數(shù)目根據(jù)決定。上導軌 , 所以;</p><p>　　X向動導軌長度; 則,兩滾珠之間的間距。</p><p>　?、谙聦к?G=740N所以</p><p>　　因為, 取, 滾珠之間的間距 。</p><p>　　（4）

20、許用負載驗算:</p><p>　　平均每個滾珠上最大負載 而</p><p>　　式中為導軌的預加負荷，按最大工作負荷的二分之一計算 </p><p><b>　　X向導軌最大負荷</b></p><p><b>　　Y向導軌最大負荷</b></p><p>　　許用

21、負荷 查表得則</p><p><b>　　故導軌可用。</b></p><p>　　3、滾珠絲桿計算、選擇。</p><p>　　初選絲桿材質鋼，HRC 58~60導程</p><p><b>　　強度計算</b></p><p><b>　　絲桿軸向力：

22、（N）</b></p><p>　　式中：K=1.15，滾動導軌摩擦系數(shù)f=0.003~0.005；在車床車削外圓時：</p><p><b>　??；可取</b></p><p><b>　　，計算得，</b></p><p>　　壽命值：，絲杠轉速：，則</p><

23、p><b>　　最大動載荷 </b></p><p>　　X向絲杠牽引力：（N）</p><p>　　Y向絲杠牽引力：（N）</p><p>　　所以最大動負載 Y向（N）</p><p><b>　　X向（N）</b></p><p>　　查表，可取滾珠絲杠公稱

24、直徑，采用外患循環(huán)式的螺母，支承方式為雙推--簡支式，選用滾珠螺母型的型號為（兩只），其額定動載荷8630，足夠用</p><p>　?。?）滾珠絲杠螺母幾何參數(shù)：</p><p>　　公稱直徑，螺距t=10，接觸角</p><p>　　鋼球直徑， 螺紋升角</p><p>　　螺桿外徑D=29 ， 內(nèi)徑；</p&g

25、t;<p>　　螺母螺紋外徑D=33.21， 內(nèi)徑</p><p>　?。?）傳動效率計算：</p><p>　　絲桿螺母副的傳動效率為式中 。如摩擦角：為絲桿螺旋開角。</p><p><b>　?。?）穩(wěn)定性驗算</b></p><p>　　滾珠絲桿受工作負載引起的導程變化是</p>

26、<p>　　Y向所受牽引力大，故應用Y向參數(shù)計算。</p><p>　　P=263N </p><p><b>　?。ú牧蠟殇摚?lt;/b></p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　絲桿因受扭矩所引起的導程變化量很小，可忽略，所以導程總誤差<

27、/p><p>　　查表知E級精度的絲桿允許誤差，故剛度足夠。</p><p><b>　　4、步進電機的選擇</b></p><p>　　步進電機的步距角取系統(tǒng)脈沖當量初步選步進電機步距角。</p><p>　　步進電機啟動力距的計算。</p><p>　　設步進電機等效負載力矩為P，根據(jù)能量守恒定理

28、，電機所做功率與負載的功有如下關系 ：</p><p>　　式中：為——電機轉角 S——移動部件的相應位移 機械傳動效率。</p><p>　　若取 則 且 （N/ m）</p><p>　　式中——移動部件負載（W） G——移動部件重量（N）</p><p>　　——與重力方向一致的作用，在移動部件上的負載力（N）<

29、;/p><p>　　——導軌摩擦系數(shù) ——步進電機步距角（rad）</p><p>　　T——電機軸負載力矩（）</p><p>　　本題中，?。ù慊痄摑L珠導軌的摩擦系數(shù)）</p><p><b>　　。為絲桿牽引力， </b></p><p>　　考慮到動影響，Y向電機負載較大，因此取<

30、;/p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　若不考慮啟動時運動部件慣性的影響，則啟動力矩取安全系數(shù)為 0.3 則；</p><p>　　對于三相六拍的步進電機有： N*m；</p><p>　　由于資料有限改用步距角為0.9度的四相八拍則</p><p>　　步進電機的最高工

31、作頻率：</p><p>　　查表選用兩個90BF001型步進電機，其性能參數(shù)如下：</p><p><b>　　5、齒輪計算、設計</b></p><p>　　根據(jù)本部分的第一步所初選的電機步距角和脈沖當量，又已知滾珠絲杠螺距t=6mm，在傳動系統(tǒng)中應加一對齒輪降速傳動。齒輪傳動比： </p><p>　　若取Z1=

32、24，則Z2=60。模數(shù)m=1mm </p><p><b>　　齒輪尺寸：</b></p><p>　　6、步進電機等效負載計算</p><p>　　（1）等效轉動慣量的計算</p><p>　　折算到步進電機軸上的等效負載轉動慣量為：</p><p><b>　　(kg·c

33、m2)</b></p><p>　　式中：Jw，Jz1，Jz2和Js分別為折算到步進電機軸上的工作臺、齒輪1、齒輪2和絲杠的等效轉動慣量，kg·cm2。其中：</p><p>　　(N·m2)， (N·m2)</p><p>　　(N·m2)， (N·m2)</p><p>　　

34、式中：d0為絲杠的名義直徑；Ls為絲杠的總長；ρs，ρz分別為絲杠和齒輪的材料密度，可取為7.85x10-3kg/cm3。</p><p>　　（2）等效負載轉矩計算</p><p>　　空載時的摩擦轉矩： (N·m)</p><p>　　工作時的負載轉矩：(N·m)</p><p>　　式中：η=0.8，為考慮絲杠預緊時

35、的傳動效率。</p><p>　?。?）起動慣性阻轉矩計算</p><p><b>　　(N·m)</b></p><p>　　式中：電機轉速ωm=2πnm/60，起動加速時間Δt=0.025s。</p><p>　　（4）步進電機輸出軸上總負載轉矩計算</p><p><b>

36、;　　(N·m)</b></p><p>　　故有總的等效轉動慣量為：</p><p><b>　　kg.cm2</b></p><p>　　7、機械傳動結構裝配圖見附錄。</p><p><b>　　8、三維圖紙如下：</b></p><p>　　四、

37、機床數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　1、確定硬件電路總體方案:</p><p>　　機床數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路概括起來由以下四部分組成：</p><p>　　主控制器：就是中央處理單元CPU。</p><p>　　總線：包括數(shù)據(jù)總線（DB）、地址總線（AB）、控制總線（CB）。</p><p>　　存儲器：包括只

38、讀可編程序存儲器和隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　接口：即I/O輸入/輸出接口電路。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)的硬件結構框圖如下：</p><p><b>　　控制系統(tǒng)硬件框圖</b></p><p>　　除此之外，還要根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的要求配備一些外圍設備和信號變換電路。其中信號變換電路是A/D轉換、D/A轉

39、換、光電隔離、功率放大等，是實現(xiàn)微機與控制對象之間的信號匹配與轉換的中間電路。它們可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求選取。</p><p>　　2、主控制器CPU的選擇：</p><p>　　在微機應用系統(tǒng)中，CPU的選擇應考慮以下要素：</p><p>　　時鐘頻率和字長（控制數(shù)據(jù)處理的速度）；</p><p>　　可擴展存儲器（ROM/RAM）的容量；

40、</p><p>　　指令系統(tǒng)功能是否強；</p><p>　　I/O口擴展的能力；</p><p>　　開發(fā)手段（包括支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。</p><p>　　3、I/O口擴展電路設計:</p><p>　　8031單片機共有四個8位并行I/O口，但可提供給用戶使用的只有P1口及部分P3口線。因此在大部分應用

41、系統(tǒng)中都不可避免的要進行I/O口擴展。</p><p>　　其中通用可編程接口芯片8155與微機的接口較為簡單，是微機系統(tǒng)中廣泛使用的接口芯片。</p><p>　　4、鍵盤、顯示接口電路:</p><p>　　鍵盤、顯示器是數(shù)控系統(tǒng)常用的人機交互的外部設備，可以完成數(shù)據(jù)的輸入和計算機狀態(tài)數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示。通常，數(shù)控系統(tǒng)都用行列式鍵盤，即用I/O口線組成行、列接構，按

42、鍵設置在行列的交點上。</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)中使用的顯示器主要有LED（發(fā)光二極管顯示器）和LCD（液晶顯示器），為了方便顯示圖形，也有用CRT接口顯示方式的系統(tǒng)。</p><p>　　5、步進電機驅動電路</p><p>　　步進電機是一種用脈沖信號控制的電動機，在負載能力及動態(tài)特性范圍內(nèi)，電動機的角位移僅與控制脈沖數(shù)成正比，轉速僅與控制脈沖頻率成正比。在

43、多數(shù)情況下，用步進電機作為執(zhí)行元件的數(shù)控系統(tǒng)中不需要A/D或D/A轉換，可采用較為簡單的開環(huán)控制，因而成為經(jīng)濟型數(shù)控機床追主要的一種伺服驅動元件。步進電機的驅動電路由下圖所示。</p><p><b>　?。?）計算機接口</b></p><p>　　在數(shù)控系統(tǒng)中，步進電機接口電路至關重要，沒有它將無法實現(xiàn)微機對步進電機的控制。如前所述，89C51系列單片機含有4個并

44、行輸入/輸出口。提供32根I/O線，其中P1口可以提供用戶使用，作為步進電機及其他控制對象的接口。也可以采用8155或者8255等可編程并行輸入，輸出接口芯片設計擴展接口電路，來控制步進電機與其它外部設備。</p><p><b>　?。?）脈沖分配器</b></p><p>　　脈沖分配器又叫環(huán)形分配器，是驅動步進電機必不可少的環(huán)節(jié)。步進電機的控制方式由環(huán)形分配器實

45、現(xiàn)，其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式和順序輸送給步進電機的各相繞組，實現(xiàn)電機的正裝或反轉。在數(shù)控系統(tǒng)中通常使用較多的是集成脈沖分配器和軟件脈沖分配器。</p><p>　　A0、A1確定通電方式，即通電方式，即通電相數(shù)和拍數(shù)。A0、A1接地，則工作方式設定在4相4拍；兩個輸入控制端E1,E2均直接接地；所需的方向及輸出控制信號分別由AT89C51的P1.0,P1.1和P1.3,P1.4提供，

46、以控制X,Y向步進電機工作；時鐘脈沖由8155的定時器提供；P1.5引腳接清零端，以防亂相。通常，一個步進電機需要一個環(huán)形分配器控制。軟件環(huán)形分配器用軟件編程的方法來實現(xiàn)，在數(shù)控機床教學實驗中已詳細地介紹了軟件環(huán)形分配器的設計方法，不再重述。</p><p><b>　?。?）隔離電路</b></p><p>　　在步進電機驅動電路中，脈沖分配器輸出的信號經(jīng)放大后控制

47、步進電機的勵磁繞組。由于步進電機需要的驅動電壓較高，電流也較大，如果將輸出信號直接與功率放大器相連，將會引起強電干擾。輕則影響計算機程序的正常進行，重則導致計算機和接口電路的損壞。所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器。光電耦合器由發(fā)光器件和受光器件組成，聯(lián)結發(fā)光源的引線作為輸入端，聯(lián)接受光器件的引線為輸出端。通常發(fā)光器件是發(fā)光二極管，受光器件是光敏三極管。下圖是型號TIP521光電

48、耦合器的引腳與接線圖。圖（A）為發(fā)射極輸出型，圖（B）為共集電極輸出型。當輸入信號Vin加到輸入端時，發(fā)光二極管導通激發(fā)發(fā)出紅外光，受光三極管受光照射后，由于光敏效應光敏三極管導通，電流通過輸出端輸出，從而實現(xiàn)了以光為媒介的電信號傳輸。輸入端與輸出端在電氣上完全隔離。</p><p>　　由于光電耦合器非線性失真大，不適合傳輸模擬信號，一般只用于進行開關量的傳輸及電平轉換。</p><p>

49、;　　TIP521型光電耦合器引腳與接線圖</p><p><b>　?。?）功率放大器</b></p><p>　　脈沖分配器的輸出功率很小，遠不能滿足步進電機的需要，必須將其輸出的信號放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅動步進電機正常運轉。功率放大器按其結構不同分為單電源型和雙電源型。前者電路設計為單電壓供電，僅在步進電機的繞組回路串聯(lián)一個小于10的電阻，以增大功率放大器

50、負載回路的電阻，使步進電機繞組中電流上升的時間常數(shù)減小，提高上升沿的陡度。</p><p>　　雙電源型采用高電壓供電電路，在功率放大器導通初始時，加上比額定電壓高幾倍的電源供電，使電動機繞組電流從零很快增大，當電流升到接近額定值時切斷高電壓電源而由額定電壓為繞組提供正常工作電流。單電源功率放大器線路簡單，但效率不高，只適用小功率的步進電機。目前我國步進電機的功率放大器已由生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，所以在設計數(shù)控

51、機床控制電路時不必考慮其內(nèi)部 電路結構，只需根據(jù)選用的步進電機容量選擇功率放大器。</p><p>　　6、其它輔助電路設計</p><p>　?、?051的時鐘電路</p><p>　　單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部方式。</p><p>　　內(nèi)部方式利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件。晶體可在

52、1.2~12MHz之間任選，耦合電容在5~30pF之間，對時鐘有微調作用。采用外部方式時，可以把XTAL1直接接地，XTAL2接外部時鐘源。</p><p>　　1.AT89C51的時鐘電路</p><p><b>　　時鐘電路</b></p><p><b>　?、趶臀浑娐?lt;/b></p><p>

53、;　　單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)。在時鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，單片機就實現(xiàn)狀態(tài)復位，之后CPU就從0000H單元開始執(zhí)行程序。一般數(shù)控系統(tǒng)都采用上電與按鈕復位組合，如圖7所示。上電瞬間， RESET引腳端出現(xiàn)高電平，只要RESET端保持兩個機器周期以上的高電平，單片機就有效復位。在實際應用系統(tǒng)中若有些需要復位的芯片其復位電平與89C51復位要求一致，就可直接相連。當晶振頻率選用6MHz時，復

54、位電路中C取22μF，R取1KΩ，Rk取10kΩ。為了保證復位可靠，通常采用如圖8所示的實用復位電路。</p><p><b>　?、墼浇鐖缶娐?lt;/b></p><p>　　為了防止工作臺越界，可分別在極限位置安裝限位行程開關。如是兩坐標聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)，則有4個方向可能越界，即+X、-X、+Y、-Y。一旦某一方向越界，應立即停止工作臺移動，可通過光電耦合器的輸入隔離

55、電路如圖9所示。行程開關接到光耦發(fā)光二極管側，光敏三極管的輸出通過74HC21四通道與門電路接到AT89C51的P0口。當任何一個方向的行程開關被撞擊閉合時，光耦發(fā)光管側回路接通，光耦內(nèi)部發(fā)光二極管就發(fā)光，使光敏三極管導通，接入74HC21與門芯片的通路變低電平，則74HC21第6腳輸出低電平，觸發(fā)中斷，單片機發(fā)出相應的控制指令。同時當有行程開關撞擊閉合時，四通道或門芯片C4072的1腳則輸出高電平，三極管正向偏置，驅動蜂鳴器報警。（為

56、了報警，還可以可以設置發(fā)光二極管，工作時不亮，有越界信號時，紅燈亮，指示工作臺越過極限位置。）</p><p>　　五、系統(tǒng)控制軟件的設計</p><p>　　1、系統(tǒng)控制軟件的主要內(nèi)容</p><p>　　數(shù)控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實現(xiàn)各種控制功能。按照功能可將數(shù)控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾部分內(nèi)容。</p><p><b>

57、;　?、?、系統(tǒng)管理程序</b></p><p>　　它是實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)調工作的主體軟件。其主要功能是：（1）接收操作者的命令；（2）執(zhí)行命令；（3）從命令處理程序返回到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。</p><p>　?、?、零件加工源程序的輸入處理程序</p><p>　　該程序完成從外部I/O設備輸入零件加工源程序的任務。</p

58、><p><b>　　③、插補程序</b></p><p>　　插補程序根據(jù)零件加工源程序進行插補運算，分配進給脈沖。</p><p><b>　?、?、伺服控制程序</b></p><p>　　伺服控制程序根據(jù)插補運算的結果或操作者的命令控制伺服電機的速度、轉角及方向。</p><p

59、><b>　　⑤、診斷程序</b></p><p>　　診斷程序包括移動部件移動越界處理、緊急停機處理、系統(tǒng)故障診斷、查錯等功能。</p><p>　　⑥、機床的自動加工與手動控制程序</p><p>　　在調整機床時往往需要機床的手動控制。</p><p>　?、?、鍵盤操作和顯示處理程序</p>&

60、lt;p>　　鍵盤操作和顯示處理程序的功能包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機床工作狀態(tài)、操作命令等信息。</p><p><b>　　2、程序設計技術</b></p><p>　　系統(tǒng)控制軟件根據(jù)系統(tǒng)功能的要求而設計，應可靠的實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。在設計系統(tǒng)軟件時必須詳盡而細致地分析系統(tǒng)控制對象的特點及對控制功能的要求。在確定好控制方式、計算方法和控制順序后，將其

61、處理順序用框圖描述出。系統(tǒng)控制軟件通常用匯編語言編寫。</p><p>　　程序設計的方法通常有：模塊化程序設計和自頂向下程序設計。</p><p>　　3、步進電機控制子程序的設計</p><p>　　步進電機的控制包括速度、轉角及方向的控制。步進電機在突然啟動或停止時，由于負載和慣性，會使電機失步，所以步進電機運行時應有一個加、減速過程。</p>

62、<p>　　通過確定進給脈沖數(shù)和脈沖時間間隔，即可實現(xiàn)步進電機轉角與速度的控制。</p><p>　　經(jīng)過計算知加、減速脈沖個數(shù)都為27個。</p><p><b>　　因為，所以</b></p><p>　　計算時要根據(jù)脈沖時刻tn查時間常數(shù)表，得脈沖時間間隔T，</p><p>　　再由Te=T×

63、10-3/（te×10-6）求出時間常數(shù)Te，</p><p>　　式中：T——脈沖時間間隔（ms）；te——單片機機器周期（μs），在時鐘為6MHz時，te≈2μs。</p><p>　　在EPROM存儲器中，時間常數(shù)依次安排在首地址為1000H的存儲單元中，每個時間常數(shù)占兩個字節(jié)，低位地址存放時間常數(shù)低8位，高位地址存放時間常數(shù)高8位。</p><p>

64、;　　在程序中，設置加速、恒速、減速脈沖數(shù)計數(shù)器N0、N1、N2。以計數(shù)器的值是否為0作為相應過程（加速、恒速或減速）是否結束的標志。</p><p>　　步進電機控制程序框圖見圖10。</p><p>　　步進電機控制子程序（后臺程序）流程圖</p><p>　　（b）步進電機控制中斷服務程序流程圖</p><p>　　4、匯編語言程序設計

65、</p><p><b>　?。?）內(nèi)存地址分配</b></p><p>　　加速脈沖數(shù)計數(shù)器N0地址設為20H。</p><p>　　恒速脈沖數(shù)計數(shù)器N1低8位字節(jié)NIL地址21H，高8位字節(jié)地址22H。</p><p>　　減速脈沖數(shù)計數(shù)器N2地址23H。</p><p>　　加速、恒速、減速

66、脈沖總數(shù)寄存器N低位字節(jié)NL地址為24H，高位字節(jié)NH地址為25H。</p><p>　　步進電機進給控制子程序FEED首地址為0E80H。每調用一次該程序，步進電機按規(guī)定方向進給一步。</p><p><b>　　（2）程序清單</b></p><p>　　N0 EQU 20H ；加速</p><p>　　N

67、IL EQU 21H ；恒速</p><p>　　NIH EQU 22H ；恒速</p><p>　　N2 EQU 23H ；減速</p><p>　　NL EQU 24H ；脈沖總數(shù)寄存器</p><p>　　NH EQU 25H</p><p>　　DS EQU 26H

68、 ；地址指針偏移量</p><p>　　FEED EQU 0E80H</p><p><b>　　ORG 0E00H</b></p><p>　　0E00 758160 START：MOV SP，#60H ；程序開始</p><p>　　0E03 758901 MOV TMOD，#01H ；設

69、計數(shù)器是工作方式1，16位定時器</p><p>　　0E06 75201B MOV N0，#1BH ；設N0初值為27</p><p>　　0E09 75231B MOV N2，#1BH ；設N2初值為27</p><p>　　0E0C E520 MOV A，N0 ；計算2×N0<

70、;/p><p>　　0E0E 23 RL A</p><p>　　0E0F F8 MOV R0，A</p><p>　　0E10 C3 CLR C ；計算N1=N-2N0</p><p>　　0E11 E524 MOV A，NL </p><

71、p>　　0E13 98 SUBB A，R0</p><p>　　0E14 F521 MOV NIL，A ；恒速計數(shù)器賦值（低位）</p><p>　　0E16 E525 MOV A，NH</p><p>　　0E18 9400 SUBB A，#00H</p><p>　

72、　0E1A F522 MOV NIH，A ；恒速計數(shù)器賦值（高位）</p><p>　　0E1C 901000 MOV DPTR，#1000H ；設時間常數(shù)地址指針初值1000H</p><p>　　0E1F 752600 MOV DS，#00H ；設地址偏移量初值為00H</p><p>　　0E22 9

73、3 MOVC A，＠A+DPTR ；從EPROM中讀取時間常數(shù)</p><p>　　0E23 F58A MOV TL0，A ；送時間常數(shù)至定時器0中</p><p>　　0E25 0526 INC DS</p><p>　　0E27 E526 MOV A，DS</p><p&

74、gt;　　0E29 93 MOVC A，＠A+DPTR</p><p>　　0E2A F58C MOV TH0，A</p><p>　　0E2C 0526 INC DS</p><p>　　0E2E D2AF SETB EA ；置中斷使能控制器IE的EA位（即開中斷允許）</p>

75、<p>　　0E30 D2A9 SETB ET0 ；允許定時器0中斷</p><p>　　0E32 D28C SETB TR0 ；啟動定時器0開始計數(shù)</p><p>　　0E34 20AFFD WAIT：JB EA，WAIT ；中斷允許返回</p><p>　　0E37 22

76、 RET</p><p>　　中斷服務程序： RG 000BH ；定時器0中斷入口地址</p><p>　　000B 020F00 LJMP 0F0CH</p><p><b>　　ORG 0F00H</b></p><p>　　0F00 E526 INT：MOV A，DS

77、 ；送時間常數(shù)至定時器0中</p><p>　　0F02 93 MOVC A，＠A+DPTR </p><p>　　0F03 F58A MOV TL0，A</p><p>　　0F05 0526 INC DS</p><p>　　0F07 E526 MOV A，D

78、S</p><p>　　0F09 93 MOVC A，＠A+DPTR</p><p>　　0F0A F58C MOV TH0，A</p><p>　　0F0C 0526 INC DS ；修改地址便移量指針</p><p>　　0F0E D180 ACALL FE

79、ED ；調FEED子程序，使電機進給一步</p><p>　　0F10 E520 MOV A，N0 ；判斷N0是否為0，為0則轉入恒速</p><p>　　0F12 B40012 CJNE A，#00H，LOOP1</p><p>　　0F15 E522 MOV A，NIL

80、 ；判斷N1是否為0，為0則轉入減速</p><p>　　0F17 B40010 CJNE A，#00H，LOOP2</p><p>　　0F1A E522 MOV A，NIH</p><p>　　0F1C B4000B CJNE A，#00H，LOOP2</p><p>　　0F1F E523 MOV

81、 A，N2 ；判斷N2是否為0</p><p>　　0F21 B40014 CJNE A，#00H，LOOP3</p><p>　　0F24 C2AF CLR EA ；N2為0，減速結束，關中斷</p><p>　　0F26 32 RETI ；中斷返

82、回</p><p>　　0F27 1520 LOOP1：DEC N0 ；N0不為0，則N0=N0-1</p><p>　　0F29 32 RETI</p><p>　　0F2A E521 LOOP2：MOV A，NIL ；N1不為0，則N1=N1-1</p><p>　　0F2C C

83、3 CLR C</p><p>　　0F2D 9401 SUBB A，#01H</p><p>　　0F2F F521 MOV NIL，A</p><p>　　0F31 E522 MOV A，NIH</p><p>　　0F33 9400 SUBB A，#00H</p>

84、;<p>　　0F35 F522 MOV NIH，A</p><p>　　0F37 32 RETI</p><p>　　0F38 1523 LOOP3：DEC N2 ；N2不為0，則N2=N2-1</p><p>　　0F3A 32 RETI</p><p>

85、　　六、課程設計的心得和體會</p><p>　　通過本次課程設計，其一使我對本課程和本專業(yè)有了更深刻的認識。同時，自學了catia和protel軟件，并能運用它們來完成三維圖、平面圖、電路圖的繪制。對單片機有了更深入的認識。由于它涉及的知識面非常廣，把我們大學四年所學知識的有機的結合起來，有很多標準需要我們耐心再設計手冊上查找，要反復計算，并驗算、修正計算結果，直至達到國家的設計標準和課程設計的設計要求；其二更

86、進一步增強了我們嚴謹求實、不怕困難的學習態(tài)度。</p><p>　　在設計的過程中，培養(yǎng)了我綜合應用機械設計課程及其他課程的理論知識和應用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力，在這些過程中我們深刻地認識到了自己在知識的理解和接受應用方面的不足，在今后的學習過程中我們會更加努力和團結。</p><p><b>　　七、參考資料</b></p><p&g

87、t;　　傅曉林，機電一體化系統(tǒng)課程設計指導書，重慶交通大學，2005 </p><p>　　尹志強，機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書，機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　成大先, 機械設計手冊, 機械工業(yè)出版社, 2002.</p><p>　　機電一體化技術手冊編委會, 機電一體化手冊, 機械工業(yè)出版社, 1991.</p><p&g